## Potensi Tandan Kosong Sawit sebagai Bahan Bakar Padat: Analisis Degradasi Termal
Cici Maarasyid 1 , Ida Idayu 2 , Zulfansyah 3 , Israyandi 4 , Lisa Legawati 5 , Dini Aulia Sari Ermal 6 , Raihan Rawadi 7 , Cindy Olivia 8 , Suchy Arum Fitri 9 , Suci Aderiani 10
1,4,5,6,7,8,9,10 Teknik Kimia, Universitas Muhammadiyah Riau, Pekanbaru 28294, Indonesia.
2 Fakultas Teknik Kimia dan Energi, Universiti Teknologi Malaysia, Skudai 81310, Malaysia
3 Teknik Kimia, Universitas Riau, Pekanbaru 28291, Indonesia E-mail : cicimaarasyid@umri.ac.id 1

## Abstract
The availability of oil palm empty fruit bunches in Indonesia could be an important source of biomass to be utilized as a solid fuel feedstock. In this work, the thermal behavior and degradation of oil palm emty fruit  bunches  was  investigated  with  a  thermogravimetric  analyzer  in  nitrogen  atmosphere.  The  samples were heated from room temperature to 900 o C at heating rates of 20 o C min -1 . The ultimate and proximate analysis  revealed  that  oil  palm  empty  fruit  bunches  contains  high  volatile  matter,  fixed  carbon  and  ash content  while  the  caliric  value  was  17.87  MJ/kg.  Thermogravic  analysis  results  indicated  thermal degradation  of  samples  occurs  in  three  stages,  namely  drying  and  evaporation,  active  degradation  and passive  degradation.  In  addition,  active  degradation  commenced  at  148 o C  with  a  peak  of  degradation temperature of 322.5 o C resulting in 68.32% weight loss.
Keywords: Palm empty fruit bunches, Solid fuel, Termal degradation, Biomass.

## Abstrak
Ketersediaan tandan kosong kelapa sawit di Indonesia berpotensi menjadi sumber biomassa yang dapat dimanfaatkan  sebagai  bahan  bakar  padat.  Dalam  penelitian  ini,  perilaku  termal  dan  degradasi  tandan buah  kelapa  sawit  diselidiki  dengan  alat  analisa  termogravimetri  dengan  kondisi  atmosfer  nitrogen. Sampel  dipanaskan dari  suhu kamar hingga  900 o C dengan laju pemanasan 20 o C min -1 . Hasil analisis ultimat  dan  proksimat  menunjukkan  bahwa  tandan  kosong  kelapa  sawit  mengandung  bahan  mudah menguap, kadar karbon tetap, dan abu yang tinggi, sedangkan nilai kalornya sebesar 17,87 MJ/kg. Hasil analisis termogravik menunjukkan degradasi termal sampel terjadi dalam  tiga tahap, yaitu pengeringan dan evaporasi, degradasi aktif, dan degradasi pasif. Selain itu, degradasi aktif dimulai pada suhu 148 o C dengan puncak suhu degradasi 322,5 o C sehingga menghasilkan penurunan berat sebesar 68,32%.
Kata kunci: Tandan kosong sawit, Bahan bakar padat, Degradasi termal, Biomassa.

## 1. Pendahuluan
Kelapa sawit
merupakan komoditas perkebunan yang memiliki peranan penting bagi kegiatan  perekonomian  di  Indonesia  dengan menghasilkan minyak nabati yang essensial bagi masyarakat.  Seiring  dengan  popularitasnya,  area perkebunan sawit juga berkembang dengan cukup signifikan.  Provinsi  Riau  sebagai  sentral perkebunan  sawit  terbesar  di  Indonesia  bahkan terus mengalami  perkembangan sebesar 4% dari tahun 2019 hingga 2021 yaitu seluas 2.82 juta Ha. Peningkatan luas perkebunan ini diiringi dengan tumbuhnya  industri  pengolahan  sawit  dimana terdapat  sebanyak  285  pabrik  pengolahan  sawit (PKS) yang ada di Riau dengan produksi minyak
sawit  ( crude  palm  oil atau  CPO)  mencapai  9,87 juta ton [1,2].
Dalam  industri  pengolahan  sawit,  disamping menghasilkan  produk  berupa  CPO  dan Palm Kernel  Oil (PKO),  juga  menghasilkan  produk samping  berupa  biomassa  padat.  Setiap  tandan buah segar (TBS) yang diolah pada pabrik sawit akan  menghasilkan  CPO  sejumlah  24%  dan sisanya  merupakan  produk  samping  berupa tandan  kosong  sebanyak  23%,  serat  13%  dan cangkang  6,5%  [3].  Tandan  kosong  sawit merupakan  produk  samping  yang  sampai sekarang masih belum teroptimalkan penggunaannya yang secara konvensional dibuang  kembali  ke  areal  perkebunan  untuk dijadikan kompos alami. Namun, upaya pemanfaatan  tandan  kosong  sawit  ini  sebagai
kompos di perkebunan secara terus menerus akan dapat  menimbulkan  dampak  negatif  terhadap lingkungan, seperti menimbulkan bau yang tidak sedap, pertumbuhan jamur yang tidak terkontrol, dan  bahkan  dalam  cuaca  panas  yang  ekstrem dapat  memicu  terjadinya  kebakaran  lahan. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menggali  potensi lebih  dari  tandan  kosong  sawit  untuk  dijadikan sebagai salah satu sumber bahan bakar padat yang memungkinkan  untuk  menghasilkan  energi alternatif bagi industri dan masyarakat setempat.

## 2. Methodologi
Tandan  kosong  sawit  yang  digunakan  pada penelitian ini diperoleh dari PT. Asian Agri yang berlokasi di Pelalawan, Riau - Indonesia. Sampel yang diterima kemudian dicacah dan dikeringkan dengan  cahaya  matahari  selama  dua  hari  untuk mengurangi kadar air yang terdapat pada sampel. Selanjutnya  sampel  dihancurkan  dengan  mesin penggiling dan diayak untuk mendapatkan ukuran yang seragam yakni kurang dari 500 µm.
Karakterisasi  sampel  dilakukan  dengan  cara analisa  proximate  (berdasarkan  standard  ASTM E871,  E872,  D1102),  analisa  ultimate  dengan Leco elemental analyzer (model Elementar vario macro  cube  dari  Elementar  Analysensysteme GmbH),  serta  pengukuran  nilai  kalor  dengan bomb  calorimeter (model C200 dari  IKA-Werke GmbH &  Co. KG). Analisa komposisi  biomassa juga  dilakukan  dengan  fraksionasi  sekuensial menggunakan  Metode  Chesson  [4]  seperti  yang dilaporkan  oleh  Rahniawati  dkk  [5].  Semua pengukuran  dilakukan  perulangan  sebanyak  tiga kali untuk akurasi analisa.
Degradasi  termal  dari  tandan  kosong  sawit dilakukan menggunakan Thermagravimetric Analyzer (TGA) model Q500 dari TA Instrument. Sebanyak  10  gr  sampel  dimasukkan  ke  dalam reactor  fixed  bed dan  dipanaskan  dari  suhu ruangan hingga 850 o C dengan laju pemanasan 10 20  dan  30 o C  per  menit.  Eksperimen  dilakukan dengan  menggunakan  gas  nitrogen  dengan  laju alir 30 ml/menit.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Langkah  awal  dan  merupakan  tahapan terpenting  dalam  mengkaji  kelayakan  biomass untuk  dimanfaatkan  sebagai  bahan  bakar  padat adalah mengidentifikasi serta menganalisa komposisi  dan  karakter  dari  pembakarannya. Komposisi  dari  biomass  tersebutlah  yang membedakan  dan  menentukan  karakteristik,
keunggulan, prospek penggunaan, dan permasalahan lingkungan yang berkaitan dengan pembakaran dari bahan bakar tersebut. Kajian ini dapat  dicapai  dengan  karakterisasi  bahan  bakar padat menggunakan analisis fisik ( proximate ) dan kimia ( ultimate ) yang sudah dikenal luas. Analisis fisik  dan  kimia  dari  tandan  kosong  sawit  pada penelitian  ini  ditampilkan  pada  Tabel  1  beserta dengan  bahan  bakar  padat  lainnya  yang  sering digunakan.
Tabel 1. Analisa proximate dan ultimate tandan kosong sawit dan biomassa lainnya. Analisa Tandan Kosong Sawit Kayu [6] Tempurung Kelapa [7] Batu Bara [6] 1. Nilai Kalor (MJ/kg) 17,87 18,76 19,4 28,10 2. Proximate (% berat) Kadar air 7,92 7,70 5,56 2,28 Volatile Matter 79,77 73,63 70,82 9,09 Karbon tetap 14,89 18,30 21,80 72,06 Kadar Abu 5,34 0,37 1,80 16,57 3. Ultimate (% berat) C 45,9 49,95 40,08 74,50 H 5,80 6,14 5,22 2,66 O 47,1 35,74 54,31 2,12 N 1,20 0,11 0,22 1,39
Analisa  proximat  sangat  membantu  dalam mempelajari fenomena pembakaran dari biomassa. Materi yang mudah menguap ( volatile matter ) dan  karbon  tetap  ( fixed  carbon ) akan dapat  memprediksi  kemudahan  biomassa  untuk dapat  terbakar.  Sheng  dan  Azevedo [8]  telah mengemukakan  adanya  korelasi  empiris  dari analisa  proximat  dan  menyatakan  bahwa  kadar volatil dan karbon tetap pada biomassa memiliki efek positif terhadap nilai kalor. Sedangkan kadar abu akan menimbulkan efek negatif terhadap nilai kalor  dari  biomassa.  Dari  Tabel  1  menunjukkan bahwa tandan kosong sawit memiliki kadar materi volatil  yang  lebih  besar  dan  karbon  tetap  yang rendah dibandingkan dengan biomassa lain.
Kualitas  bahan  bakar  biomassa  juga  dapat dipelajari dari analisa ultimat. Dampak
penggunaan biomassa sebagai bahan bakar padat terhadap  lingkungan  dapat  dievaluasi  dari proporsi kadar nitrogen dan sulfur. Kadar nitrogen dalam  tandan  kosong  sawit  relatif  lebih  tinggi dibandingkan  biomassa  lain  seperti  kayu  dan tempurung kelapa, akan tetapi masih tetap rendah dibandingkan dengan batu bara. Rendahnya nilai kadar  nitrogen  ini  dapat  menjadikan  biomassa sebagai bahan bakar padat yang ramah lingkungan dengan  mengurangi  korosi  dan  emisi  NOx  ke lingkungan.  Selain  itu,  komposisi  dari  karbon,
hidrogen, dan oksigen pada analisa ultimat dapat digunakan secara empiris untuk mengetahui nilai kalor  dari  biomassa  tersebut.  Karbon  dan hidrogen  diketahui  mampu  meningkatkan  nilai kalor dari biomassa dan merupakan sumber panas utama  yang  dilepaskan  selama  pembakaran. Sebaliknya,  meskipun  mendukung  pembakaran bahan bakar, komposisi oksigen dapat menurunkan nilai kalor dari biomassa tersebut [9]. Nilai  kalor  dari  tandan  kosong  sawit  relatif seimbang  dengan  biomassa  lainnya,  yakni  17,87 MJ/kg,  dan  nilai  ini  masih  rendah  dibandingkan dengan nilai kalor batu bara.
Komposisi kimia dari biomassa juga memainkan  peranan  penting  dalam  pemanfaatan biomassa  sebagai  bahan  bakar  padat.  Biomassa secara  umum  terdiri  dari  tiga  komponen  kimia yaitu  selulosa,  hemiselulosa  dan  lignin,  dimana jumlahnya berbeda pada tiap jenis kayu, tanaman herbal,  atau  pun  produk  samping  dari  biomassa. Dalam  kajian  fenomena  pembakaran,  komposisi kimia  dari  biomassa  tersebut  menentukan karakteristik  pembakaran  yang  terjadi.  Analisa komposisi kimia dari tandan kosong sawit beserta biomassa lainnya disajikan pada Tabel 2. Analisa komposisi kimia yang didapat pada penelitian ini menunjukkan bahwa selulosa merupakan komponen  yang  terbanyak  pada  tandan  kosong sawit,  yang  diikuti  oleh  hemiselulosa  dan  lignin yang komposisinya hampir berimbang.

## Tabel 2.
Analisa komposisi kimia tandan kosong sawit dan biomassa lainnya. Komposisi (% berat) Tandan Kosong Sawit Kayu [10] Tempurung Kelapa [11] Selulosa 56,40 42,90 29,5 – 65 Hemiselulosa 12,26 20,90 23,8 – 27,8 Lignin 17,90 26,70 29,7 – 53,3 Ektraktif 24,07 4,2 Karakteristik degradasi termal dan reaktivitas pembakaran  dari  tandan  kosong  sawit  dapat dianalisa dengan metode termogravimetri. Penurunan  massa  tandan  kosong  sawit  (TG) beserta  dengan  laju  kehilangan  massa  (DTG) selama  selama  mendapat  perlakuan  termal  dari temperatur ruang hingga 900 o C dapat dilihat pada Gambar  1. Secara  keseluruhan,  degradasi  termal yang  terjadi  pada  tandan  kosong  sawit  dapat dikelompokkan menjadi tiga tahapan, yakni tahap penghilangan kadar air (A), tahap degradasi aktif (B),  dan  tahap  degradasi  pasif  (C).  Profil  dari setiap  tahapan  dalam  proses  degradasi  termal
tandan  kosong  sawit  disajikan  dalam  Tabel  2. Tahap awal  dari degradasi  termal tandan kosong sawit  adalah  penguapan  kadar  air  yang  dimulai dari  suhu  ruangan  hingga  suhu  148 o C,  ditandai dengan terbentuknya lembah pada daerah A pada Gambar 1.
Tahapan  selanjutnya  adalah  degradasi  aktif yang terjadi pada rentang suhu 149 hingga 537 o C. Pada  tahap  degradasi  aktif  ini  terjadi  kehilangan massa  dari  tandan  kosong  sawit  dalam  jumlah yang  banyak,  yakni  sebesar  68,32%  berat  dan berlangsung selama hampir 20 menit. Temperatur penyalaan dan maksimum pembakaran merupakan  dua  karakteristik  penting  yang berkaitan  dengan  degradasi  termal,  yang  mana dapat diidentifikasi melalui kurva DTG.
Temperatur  penyalaan  adalah  temperatur  ketika terjadinya lonjakan suhu secara tiba-tiba pada area degradasi aktif. Sedangkan temperatur maksimum pembakaran  merupakan  titik  pada  kurva  DTG yang  mengalami  degradasi  termal  yang  paling besar.  Temperatur  maksimum  pembakaran  ini sering  digunakan  sebagai  indeks  reaktivitas sampel dan umumnya disebabkan oleh komposisi volatil  yang  terdapat  dalam  sampel  biomass. Semakin  tinggi  komposisi  volatil  yang  terdapat pada  sampel  biomass,  maka  akan  meningkatkan suhu maksimum pembakarannya [12].
Temperatur  penyalaan  tandan  kosong  sawit dimulai  pada  suhu  149 o C  dan  temperatur maksimum  pembakarannya  mencapai  322 o C, seperti yang ditunjukkan pada kurva DTG.
Pada  tahap  degradasi  aktif  terdapat  tiga kondisi  dimana  terjadi  perubahan  suhu  yang signifikan  yang  ditandai  dengan  lembah  yang ditunjukkan  pada  kurva  DTG.  Lembah  pertama ditandai  dengan  terjadinya  lonjakan  temperatur dari  148  hingga  232 o C,  yang  menyebabkan terjadinya kehilangan massa sebesar 8%. Kondisi ini  dapat  dihubungkan  dengan  terjadinya degradasi  dari  komponen  volatil  dan  juga sebagian  besar  dari  hemiselulosa  yang  ada  pada sampel. Lonjakan perubahan suhu kedua ditandai dengan  terbentuknya  lembah  kedua  yang  terjadi pada  rentang  suhu  232  hingga  372 o C,  dimana sebagian  besar  selulosa  terdegradasi  pada  tahap ini.  Sebagian   lignin   juga   mulai   terdegradasi
Gambar 1. Kurva penurunan massa (TGA) dan laju kehilangan massa (DTG) tandan kosong sawit.
Tabel 3. Profil degradasi termal pada tandan kosong sawit.
Area Proses Mulai ( o C) Akhir ( o C) Kehilangan Massa (% wt) Durasi (menit) A Penguapan Air 18 148 7,4 8,49 B Degradasi Aktif 149 537 68,32 19,28 Lembah ke-1 148 232,4 8,04 4,21 Lembah ke-2 232,4 371,8 52,82 6,71 Lembah ke-3 371,8 573 7,56 9,69 C Degradasi Pasif 573 900 4,1 17,26
bersamaan  dengan  selulosa  pada  kondisi  ini  dan secara  perlahan  lahan  terdegradasi  hingga  fase akhir degradasi aktif yang mencapai suhu 573 o C Tahap  terakhir  yang  terjadi  merupakan degradasi  pasif  (area  C),  dimana  tidak  banyak sampel  yang  terdegradasi  dan  laju  massa  yang hilang  cenderung  konstan.  Pada  tahap  ini  hanya sisa  lignin  yang  masih  terikat  pada  sampel  yang dapat  diurai  dan menyisakan arang (carbon) dari sampel.  Secara  keseluruhan,  total  massa  tandan kosong  yang  hilang  selama  proses  degradasi termal yang terjadi dari suhu ruangan hingga 900 o C hampir mencapai 80%.
Dari  hasil penilitian ini, tandan kosong sawit ini  sangat  berpotensi  untuk  dikonversi  menjadi bahan bakar padat secara termokimia. Akan tetapi perlu upaya pengkondisian awal untuk mengurangi  kadar  air  dari  bahan  baku  tandan kosong  sawit  tersebut.  Upaya  mengkonversi berbagai biomass secara termokimia telah banyak dipelajari dan dilaporkan oleh peneliti sebelumnya [13,14].

## 4. Simpulan
Karakteristik  degradasi  termal  dari  tandan kosong sawit dipelajari pada penelitian ini. Proses degradasi termal yang terjadi dapat dikelompokkan  dalam  tiga  tahapan,  yakni
penguapan  air,  degradasi  aktif  dan  degradasi pasif.  Laju  kehilangan  massa  tandan  kosong paling  banyak  terjadi  pada  tahapan  degradasi aktif, yakni sebesar 68% dan berlangsung selama 19  menit.  Temperatur  penyalaan  dari  tandan kosong  sawit  dimulai  pada  suhu  149 o C  dan temperatur maksimum pembakarannya mencapai 322 o C.  Hasil  kajian  mengenai  karakteristik termal  tandan  kosong  sawit  ini  memberikan pandangan  tentang  potensi  pemanfaatan  tandan kosong  sawit  sebagai  bahan  bakar  padat  yang dapat  digunakan  sebagai  pembangkit  energi ataupun  dimanfaatkan  sebagai  briket  ataupun biopelet.

## Daftar Pustaka
[1]  Direktorat  Jendral  Perkebunan.  Statistik Perkebunan Unggulan Nasional 2020-2022. Sekretariat  Direktorat  Jendral  Perkebunan. 2022.
[2]  Bayu.  elaeis.co.  2023  [cited  2023  Nov 9].p.https://www.elaeis.co/berita/baca/baru- 285-pabrik- Baru 285 Pabrik Sawit di Riau yang Berizin. Available from: https://www.elaeis.co/berita/baca/baru-285- pabrik-sawit-di-riau-yang-berizin-ini- nama-namanya.
[3]  Nabila  R,  Hidayat  W,  Haryanto  A, Hasanudin  U,  Iryani  DA,  Lee  S,  et  al.  Oil palm biomass in Indonesia:
Thermochemical upgrading and its utilization.  Renewable  and  Sustainable Energy Reviews. 2023;176(January):113193.
[4]  Datta  R.  Acidogenic  Fermentation  of Lignocellulose  Acid  Yield  and  Conversion of Components. Biotechnol Bioeng. 1981;23(9):2167–70.
[5]  Rahniawati  N,  Sumardi  I,  Dungani  R. Isolation  and  identification  of  fungi inhabiting  rubber-impregnated  wood,  and their  role  of  quality  changing  the impregnated wood. Bioresources. 2020;15(2):2839–49.
[6]  Frau  C,  Ferrara  F,  Orsini  A,  Pettinau  A. Characterization of several kinds of coal and biomass for pyrolysis and gasification. Fuel [Internet]. 2015;152:138–45. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2014.09.05 4.
[7]  Kabir Ahmad R, Anwar Sulaiman S, Yusup
S, Sham Dol S, Inayat M, Aminu Umar H. Exploring  the  potential  of  coconut  shell biomass for charcoal production. Ain Shams Engineering Journal [Internet]. 2022;13(1):101499. Available from: https://doi.org/10.1016/j.asej.2021.05.013.
[8]  Sheng  C,  Azevedo  JLT.  Estimating  the higher heating value of biomass fuels from basic  analysis  data.  Biomass  Bioenergy. 2005;28(5):499–507.
[9]  Chen  WH,  Lin  BJ,  Lin  YY,  Chu  YS, Ubando  AT,  Show  PL,  et  al.  Progress  in biomass torrefaction: Principles,
applications  and  challenges.  Prog  Energy
Combust Sci. 2021;82.
[10]  Satria P, Obounou F, Fradet F, Philippe G. Understanding the  thermoplasticization mechanism  of  wood  via  esterification  with fatty  acids :  A  comparative  study  of  the reactivity  of  cellulose ,  hemicelluloses  and lignin. Carbohydr Polym.
2023;324(October 2023).
[11]  Ighalo  JO,  Conradie  J,  Ohoro  CR,  Amaku JF,  Oyedotun  KO,  Maxakato  NW,  et  al. Biochar  from  coconut  residues:  An overview  of  production,  properties,  and applications.  Ind  Crops  Prod  [Internet]. 2023;204(PA):117300.  Available  from: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2023.1173 00.
[12]  Saidur  R,  Abdelaziz  E  a.,  Demirbas  a.,
Hossain  MS,  Mekhilef  S.  A  review  on biomass as a fuel for boilers. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011;15(5):2262–89.
[13]  Awasthi  MK,  Sar  T,  Gowd  SC,  Rajendran K,  Kumar  V,  Sarsaiya  S,  et  al.  A comprehensive  review  on  thermochemical, and  biochemical  conversion  methods  of lignocellulosic  biomass  into  valuable  end product. Fuel [Internet]. 2023;342(January):127790. Available from: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.127790.
[14]  Ibarra-Gonzalez  P,  Rong  BG.  A  review  of the current state of biofuels production from lignocellulosic biomass using
thermochemical  conversion  routes.  Chin  J Chem  Eng  [Internet].  2019;27(7):1523–35. Available from: https://doi.org/10.1016/j.cjche.2018.09.018 .